SU1720131A1

SU1720131A1 - Semiconductor converter controller

Info

Publication number: SU1720131A1
Application number: SU904788929A
Authority: SU
Inventors: Валентин Павлович Шипилло; Иван Иванович Чикотило; Виктория Витальевна Варвянская; Сергей Иосифович Дрейслер
Original assignee: Харьковский политехнический институт им.В.И.Ленина
Priority date: 1990-02-05
Filing date: 1990-02-05
Publication date: 1992-03-15

Abstract

Изобретение относитс к электротехнике и может быть использовано в преобразо- вател х посто нного и переменного напр жени с широтно-импульсной модул цией . Целью изобретени вл етс расширение функциональных возможностей и обеспечение повышени быстродействи преобразовател путем реализации во всем диапазоне регулировани входного напр жени переходных процессов конечной длительности. Устройство дл управлени полупроводниковым преобразователем 1 содержит датчик 4 обратной св зи по напр жению нагрузки 3, выходом, соединенный с одним из входов первого сумматора 5, к другому входу которого подключен выход задатчика 6 и вход функционального преобразовател 7. Выход первого сумматора подключен ко входу ПИ-регул тора 9. В отличие от известного, предложенное устройство снабжено датчиком 2 тока нагрузки, П-регул тором 8 с переменным коэффициентом усилени и вторым сумматором 10. Выход датчика тока 2 св зан с первым входом второго сумматора 10, к другому входу которого подключен выход ПИ-регул тора 9, а выход второго сумматора 10 подключен к одному из входов П-регул тора 8 с переменным коэффициентом усилени , ко второму управл ющему входу подключен выход функционального преобразовател 7, выходы П-регул тора 8 предназначен дл подключени к управл ющему входу полупроводникового преобразовател 1. Замкнута система авторегулировани , параметры которой настроены на реализацию переходных процессов конечной длительности, при параболической зависимости коэффициента усилени П-регул тора 8 обеспечивает абсолютную устойчивость к автоколебани м на основной гармонике и субгармониках. I ил. Х4 Ю О - СОThe invention relates to electrical engineering and can be used in DC and AC voltage converters with pulse-width modulation. The aim of the invention is to enhance the functionality and speed up the converter by implementing transients of a finite duration over the entire control range of the input voltage. A device for controlling a semiconductor converter 1 contains a feedback sensor 4 for a load voltage 3, an output connected to one of the inputs of the first adder 5, to another input of which the output of the setpoint 6 is connected and the input of the functional converter 7. The output of the first adder is connected to the input of PI -regulator 9. Unlike the known, the proposed device is equipped with a load current sensor 2, a P-controller 8 with a variable gain and a second adder 10. The output of the current sensor 2 is connected to the first input of the second adder 10, to the other input of which the output of the PI controller 9 is connected, and the output of the second adder 10 is connected to one of the inputs of the P controller 8 with a variable gain factor, the output of the function converter 7 is connected to the second control input, regulator 8 is designed to be connected to the control input of the semiconductor converter 1. A closed auto-adjustment system, the parameters of which are set to implement transients of finite duration, with a parabolic dependence the gain of the P-controller 8 provides absolute stability to self-oscillations on the fundamental harmonic and subharmonics. I il. X4 Yu O - CO

Description

Изобретение относитс к электротехнике и может быть использовано в преобразовател х посто нного и переменного напр жени с широтно-импульсной модул цией (ШИМ).The invention relates to electrical engineering and can be used in DC and AC voltage converters with pulse width modulation (PWM).

В преобразовател х такого типа с помощью замкнутой структуры можно осуществить точное регулирование выходного напр жени с высоким быстродействием как в режиме автоматической стабилизацииIn converters of this type, using a closed structure, it is possible to make precise control of the output voltage with high speed, as in the automatic stabilization mode.

(широтно-импульсный преобразователь (ШИП) посто нного напр жени ), тэк и в режиме программного управлени (автономный инвертор напр жени с ШИМ). При этом быстродействие системы достигаетс во всем диапазоне регулировани ШИМ.(pulse-width converter (constant voltage converter) constant voltage), tech and software control mode (stand-alone inverter voltage with PWM). In this case, the system speed is achieved in the entire range of PWM control.

Известна структура широтно-импульс- ного регулировани с однозвенным LC-фильтром , содержаща во внутреннем контуре регулировани тока пропорциональное зве- но, реализуемое, например, в виде блока Кд, и внешний контур регулировани напр жени также с пропорциональным звеном в цепи обратной св зи в виде блока Кос.A pulse-width control structure with a single LC filter is known, containing a proportional link in the internal control loop, implemented, for example, in the form of a Cd unit, and an external voltage control loop also with a proportional link in the feedback circuit. form of Kos.

Данное устройство работает в режиме автоматической стабилизации при соответствующем выборе параметров элементов схемы, что позвол ет обеспечивать в фиксированной точке высокое быстродействие. Однако его использование в широком диа- пазоне регулировани оказываетс невозможным , так как при этом от положени рабочей точки зависит не только быстродействие , но и устойчивость.This device operates in the automatic stabilization mode with an appropriate choice of the parameters of the circuit elements, which makes it possible to ensure high performance at a fixed point. However, its use in a wide range of regulation turns out to be impossible, since not only speed, but also stability depends on the position of the operating point.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предложенному вл етс устройство дл преобразовани посто нного напр жени с ШИП, используемое в электроприводе посто нного тока.The closest in technical essence and the achieved effect to the proposed is a device for converting a constant voltage with a SHIP, used in a DC electric drive.

Известное устройство дл управлени полупроводниковым преобразователем содержит датчик обратной св зи по напр жению нагрузки, выходом соединенный с одним из входов сумматора, к другому входу которого подключен выход задатчика и вход функционального преобразовател , а к выходу сумматора подключен вход пропорционально-интегрального регул тора (ПИ-регул тор). Изменение коэффициента усилени ПИ-регул тора осуществл етс с помощью полупроводникового ключа, периодически шунтирующего входной резистор ПИ-регул тора, при этом реализуетс гиперболический закон изменени его коэф- фициента усилени в функции сигнала задатчика.The known device for controlling a semiconductor converter contains a feedback sensor for load voltage, an output connected to one of the inputs of the adder, to the other input of which the output of the setpoint generator and the input of the functional converter are connected, and the output of the proportional-integral controller (PI- regulator). The change in the gain of the PI controller is carried out using a semiconductor switch periodically shunting the input resistor of the PI controller, and the hyperbolic law of changing its gain factor as a function of the setpoint signal is realized.

Недостатком устройства вл ютс ограниченные функциональные возможности, что сужает область его применени . Это обусловлено тем, что переходный процесс конечной длительности в устройстве может быть достигнут только дл нагрузки первого пор дка (апериодическое звено, корна цепь электродвигател без учета вли ни электромеханических процессов и т.д.). При повышении пор дка нагрузки в известном устройстве невозможно получить высокое быстродействие, при этом в части диапазона регулировани система может становитьс неустойчивой,The disadvantage of the device is its limited functionality, which limits its scope. This is due to the fact that a transient process of a finite duration in the device can be achieved only for the first-order load (aperiodic link, the electric motor's main circuit without taking into account the influence of electromechanical processes, etc.). With an increase in the load order in a known device, it is impossible to obtain a high speed, while in part of the control range the system may become unstable,

Целью изобретени вл етс расширение функциональных возможностей и обеспечение повышени быстродействи полупроводникового преобразовател путем реализации во всем диапазоне регулировани выходного напр жени переходных процессов конечной длительности .The aim of the invention is to extend the functionality and provide an increase in the speed of a semiconductor converter by implementing a transient process of finite duration in the whole range of output voltage control.

Поставленна цель достигаетс тем, что в устройство дл управлени полупроводниковым преобразователем, содержащее датчик обратной св зи по напр жению нагрузки , выходом соединенный с одним из входов первого сумматора, к другому входу которого подключен выход задатчика и вход функционального преобразовател , а к выходу первого сумматора подключен вход ПИ-регул тора., введены датчик тока, нагрузки , пропорциональный регул тор (П-ре- гул тор) с переменным коэффициентом усилени и второй сумматор, первым входом подключенный к выходу датчика тока нагрузки, вторым входом - к выходу ПИ-регул тора, а выходом - к первому входу П-регул тора с переменным коэффициентом усилени . Второй управл ющий вход П-регул тора подключен к выходу функционального преобразовател , а выход предназначен дл подключени к управл ющему входу полупроводникового преобразовател .The goal is achieved by the fact that a semiconductor converter control device containing a feedback voltage sensor is connected to one of the inputs of the first adder, to the other input of which the output of the setpoint generator and the input of the functional converter is connected, and to the output of the first adder input of PI controller., current sensor, load, proportional controller (P controller) with variable gain and a second adder, the first input connected to the sensor output Single load current, the second input - to the output of the PI regulator and the output - to the first input of the P-controller with variable gain. The second control input of the P controller is connected to the output of the function converter, and the output is intended for connection to the control input of the semiconductor converter.

В качестве нагрузки второго пор дка полупроводникового преобразовател могут быть использованы выходной LC-фильтр дл сглаживани пульсаций напр жени , электродвигатель с учетом электромагнитных и электромеханических процессов и т.д.As a second-order load of a semiconductor converter, an output LC filter can be used to smooth out voltage pulsations, an electric motor taking into account electromagnetic and electromechanical processes, etc.

На чертеже представлена блок-схема преобразовател .The drawing shows the block diagram of the Converter.

Полупроводниковый преобразователь 1 содержит датчик 2 тока нагрузки 3. Дл измерени напр жени на нагрузке 3 использован датчик 4 напр жени ..Выход датчика 4 напр жени св зан по цепи обратной св зи с одним из входов первого сумматора 5, к другому входу которого подключен выход задатчика 6, подключенный также ко входу функционального преобразовател 7, обеспечивающего близкий к параболическому закон изменени коэффициента усилени П-регул тора 8. Выход первого сумматора 5 подключен ко входу ПИ-регул тора 9, выходом подключенного к одному из входов второго сумматора 10, другой вход которого по цепи обратной св зи св зан с выходом датчика 2 тока нагрузки. Выход второго сумматора 10 подключен к первому входуThe semiconductor converter 1 contains a load current sensor 2 3. A voltage sensor 4 is used to measure the voltage on the load 3. The voltage sensor 4 output is connected via a feedback circuit to one of the inputs of the first adder 5, to the other input of which is connected the output setpoint 6, also connected to the input of the functional converter 7, which provides a close to parabolic law of change of the gain of the P controller 8. The output of the first adder 5 is connected to the input of the PI controller 9, the output connected to one from the inputs of the second adder 10, the other input of which is connected to the output of the load current sensor 2 via a feedback circuit. The output of the second adder 10 is connected to the first input

П-регул тора 8, ко второму управл ющему входу которого подключен выход функционального преобразовател 7, а выход П-регул тора св зан с управл ющим входом полупроводникового преобразовател 1. A P controller 8, to the second control input of which the output of the function converter 7 is connected, and the output of the P controller is connected to the control input of the semiconductor converter 1.

В функциональном преобразователе 7 имеетс полупроводниковый ключ 11 и набор резисторов Ri - Rn 12-14, объединенных общей шиной, подключенной к управл ющему .входу П-регул тора 8.In the functional converter 7 there is a semiconductor switch 11 and a set of resistors Ri-Rn 12-14, connected by a common bus connected to the control input of the P-controller 8.

Полупроводниковый ключ 11 может быть выполнен по известным схемам, например в виде нескольких транзисторных ключевых схем с общим входом, при этом пороговое напр жение срабатывани каж- дои схемы в зависимости от уровн выходного напр жени задатчика 6 может регулироватьс включением на входе ключевой схемы стабилитронов либо наоборот полупроводниковых диодов,The semiconductor switch 11 can be made according to well-known circuits, for example, in the form of several transistor key circuits with a common input, and the threshold voltage of each circuit operates depending on the output voltage of the setpoint generator 6 and can be switched on by switching the key circuit of the zener diodes or vice versa semiconductor diodes,

Устройство дл управлени полупроводниковым преобразователем 1 работает следующим образом.A device for controlling the semiconductor converter 1 operates as follows.

Напр жение на нагрузке 3 измер етс датчиком 4 напр жени , выходной синал ко- торого вычитаетс в сумматоре 5 из сигнала задатчика 6. Разностный сигнал с выхода первого сумматора 5 в ПИ-регул торе 9 усиливаетс и интегрируетс . В установившемс режиме ПИ-регул тор 9 обеспечивает нулевую статическую ошибку в системе, т.е. равенство сигнала задатчика 6 и сигнала датчика 4 выходного напр жени . Выходной сигнал ПИ-регул тора 9, определ ющий требуемое значение тока нагрузки 3, во вто- ром сумматоре 10 сравниваетс с выходным сигналом датчика 2 тока, а разностный сигнал поступает на вход П-регул тора 8. Близким к параболическому закон изменени коэффициента усилени П-регул тора 8 в функции сигнала задатчика 6 дл получени максимального быстродействи во всем диапазоне регулировани обеспечиваетс с помощью функционального преобразовател 7, в котором полупроводниковый ключ 11 в зависимости от уровн сигнала задатчика 6 подключает соответствующий резисторThe voltage at load 3 is measured by a voltage sensor 4, the output of which is subtracted in adder 5 from the setpoint 6 signal. The difference signal from the output of the first adder 5 in PI controller 9 is amplified and integrated. In steady state, the PI controller 9 provides a zero static error in the system, i.e. equality of the set point 6 signal and the signal of the output voltage sensor 4. The output of the PI controller 9, which determines the required value of the load current 3, in the second adder 10 is compared with the output signal of the current sensor 2, and the difference signal is fed to the input of the P controller 8. Close to a parabolic change in the gain factor -controller 8 as a function of the setpoint signal 6 for maximum performance in the entire control range is provided by means of a function converter 7, in which the semiconductor switch 11 is connected depending on the signal level of the setting unit 6 corresponding resistor

RK 12-14, где к управл ющему входу П-регул тора 8. Тем самым обеспечива етс необходимый коэффициент усилени , измен емый в соответствии с сигналом задатчика 6. Выходной сигнал П регул торз 8 поступает на вход управлени полупроводникового преобразовател 1.RK 12-14, where to the control input of the P-controller 8. This provides the necessary gain factor, which is varied in accordance with the signal of the setter 6. The output signal of the P control cog 8 is fed to the control input of the semiconductor converter 1.

Использование изобретени позволит увеличить быстродействие во всем диапазоне регулировани выходного напр жени преобразовател путем реализации переходных процессов конечной длительности и создани при этом замкнутой системы авторегулировани , устойчивой к автоколебани м на основной и низших субгармониках .The use of the invention will allow to increase the speed in the whole range of adjustment of the output voltage of the converter by implementing transient processes of finite duration and creating at the same time a closed auto-regulation system that is resistant to self-oscillations on the main and lower subharmonics.

Claims

Claims An apparatus for controlling a semiconductor converter, comprising a feedback sensor for load voltage, an output connected to one of the inputs of the first adder, to the other input of which the output of the setpoint generator and the input of the functional converter are connected, and the input of the PI controller is connected to the output of the first adder for example, with the aim of expanding the functionality and ensuring the increase of the speed of the semiconductor converter by implementing in the whole range Adjusting the output transient voltage of a finite duration, a load current sensor, a P-controller with a variable gain and a second adder, the first input connected to the output of the load current sensor, the second input to the output of the PI controller, output connected to the first input of the P-controller with a variable gain, the second control input of which is connected to the output of the function converter, and the output is intended to be connected to the control input of the semiconductor transducer.

tM-i